嫩江沙地樟子松、杨树人工林的生态系统碳储量及其分配

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探究林型和林龄对温带嫩江沙地固沙人工林生态系统碳储量的影响规律和机制对于沙地人工林的碳汇管理实践尤为重要。采用相对生长方程、碳/氮分析仪测定法,同步测定具有年龄序列的2种人工林(樟子松幼龄林、中龄林和成熟林:11、30、45 a;小黑杨幼龄林、中龄林和成熟林:6、15、26 a)与天然榆树疏林(28 a)的生态系统碳储量(植被和土壤)、植被年净固碳量及其相关土壤性质(土壤含水率、有机质、全氮和全磷等),确定林型和林龄对沙地人工林生态系统碳储量的影响规律及机制。结果表明:(1)在植被碳储量方面,樟子松人工林(90.96 t C·hm-2)和小黑杨人工林(66.03 t C·hm-2)均强于天然榆树疏林(25.86 t C·hm-2)(155.3%-251.7%),尤以樟子松人工林为最佳。樟子松人工林、小黑杨人工林的植被碳储量(40.43-148.53和8.88-66.03 t C·hm-2)均随林龄而递增。(2)在土壤碳储量方面,小黑杨人工林(48.30 t C·hm-2)优于天然榆树疏林(38.36 t C·hm-2)(25.9%),而樟子松人工林(29.65 t C·hm-2)却不及天然榆树疏林(-22.7%);且樟子松人工林(22.41-29.65 t C·hm-2)、小黑杨人工林(26.55-48.30 t C·hm-2)的土壤碳储量随林龄的变化规律也不同(先增后稳型和递增型);并改变了土壤碳储量的空间分布格局(在水平空间上,前者降低了上、下部土壤层的碳储量,且在上部土壤层碳储量随林龄增强;后者增加了中上部土壤层碳储量,且在底部土壤层碳储量随林龄增强;在垂直空间上,两者幼龄林土壤碳储量垂直分层明显,至成熟林趋于弱化)。(3)在生态碳储量方面,樟子松人工林(120.61 t C·hm-2)和小黑杨人工林(114.33 t C·hm-2)相近且均强于天然榆树疏林(64.22 t C·hm-2)(87.8%和78.0%);樟子松(62.85-177.03 t C·hm-2)和小黑杨(35.43-114.33 t C·hm-2)人工林生态系统碳储量均随林龄而递增;但其分配格局多以植被碳储量占优势(57.8%-83.9%),明显不同于天然榆树疏林(以土壤占优势)。(4)在植被年净固碳量方面,樟子松人工林(2.52 t C·hm-2·yr-1)的植被年净固碳量显著高于小黑杨人工林(2.12 t C·hm-2·yr-1)和天然榆树疏林(0.92 t C·hm-2·yr-1)18.9%-173.9%,小黑杨人工林又显著高于天然榆树疏林130.4%;樟子松人工林、小黑杨人工林的植被年净固碳量(2.52-3.67和1.49-2.12 t C·hm-2·yr-1)随林龄变化规律不同(前者为幼龄林>中龄林=成熟林;后者随林龄而递增)。(5)樟子松人工林生态系统碳储量与植被年净固碳量主要受土壤全氮所控制,而杨树人工林生态系统碳储量与植被年净固碳量主要受土壤有机质所控制。因此,在我国东北温带嫩江沙地流动沙丘上营造樟子松人工林和小黑杨人工林不仅能够固沙而且能够显著增加森林碳汇(约4/5),且以植被固碳占优势,故在沙地人工林碳汇管理实践中既要加强对植被碳库的维持,也要注重其土壤长期固碳潜力的发挥。
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